Neutriinojen sekoitusmatriisin Majorana-vaiheet

Abstract

Lukuisat hiukkasfysiikan kokeet ovat vahvistaneet neutriinojen olevan massallisia hiukkasia ja kykenevän muuttumaan neutriinotyypistä toiseen. Tätä niin kutsuttua neutriino-oskillaatiota parametrisoi neutriinojen sekoitusmatriisi, jota puolestaan parametrisoi kolmen sekoituskulman lisäksi yksi tai kolme CP-symmetriaa rikkovaa vaihetta riippuen siitä ovatko neutriinot Dirac- tai Majorana-hiukkasia. Tässä työssä tarkasteltiin edellä mainittujen Dirac- ja Majorana-vaiheiden merkitystä neutriino-oskillaatioissa, neutriinonottomassa kaksoisbeetahajoamisessa, Higgsin triplettimallissa ja baryoniepäsymmetrian synnyttäneessä leptonigeneesissä.

Neutriino-oskillaation tarkastelua varten johdettiin neutriinojen sekoitusmatriisin ja siirtymätodennäköisyyden lausekkeet, joista jälkimmäisen todettiin olevan täysin riippumaton Majorana-vaiheista. Täten neutriino-oskillaatiokokeissa voidaan mitata ainoastaan Dirac-vaihetta tutkimalla neutriinojen ja niitä vastaavien antineutriinojen siirtymätodennäköisyyksien välistä epäsymmetriaa.

Neutriinoton kaksoisbeetahajoaminen, joka on mahdollista vain Majorana-hiukkasille, tarjoaa ehkä parhaimman keinon saada informaatiota Majorana-vaiheista efektiivisen Majorana-massan välityksellä. Majorana-vaiheiden mittaus neutriinottomassa kaksoisbeetahajoamisessa todettiin kuitenkin olevan erittäin haasteellista johtuen eri parametrien epätarkkuuksista.

Higgsin triplettimallin riippuvuutta Majorana-vaiheista tutkittiin esittämällä kaksoisvaratun Higgsin bosonin haarautumissuhteet sekä Majorana-vaiheen että suhteellisen Majorana-vaiheen funktiona. Näiden kuvien perusteella tultiin siihen johtopäätökseen, että Majorana-vaiheista on mahdollista saada tietoa haarautumissuhteiden mittauksista.

Baryoniepäsymmetrian riippuvuutta Dirac- ja Majorana-vaiheiden funktiona kuvattiin sekä neutriinojen normaali- että käänteishierarkkisen massaspektrin tapauksessa. Tarkastelemalla saatuja kuvia havaittiin, että maailmankaikkeudessa nykyään havaittu baryoniepäsymmetria on lähes nolla Dirac-vaiheen teoreettisen ennusteen arvolla, mikä viittaisi siihen, että neutriinot ovat Majorana-hiukkasia.